使用量子力学的新方法可以改进锂金属电池

在《自然能源》杂志上发表的一项研究中，德克萨斯农工大学 Artie McFerrin 化学工程系教授 Perla Balbuena 博士和 Jorge Seminario 博士开发了一种新方法，利用量子技术来了解外部压力对锂金属电池的影响机械师。更深入地了解锂离子在压力下的行为可以推进和改进锂金属电池制造工艺，从而开发更持久、更高效的电池技术。

“这项工作完美地展示了第一原理从头分析对宏观过程设计的影响，”巴尔布埃纳说。“类似的方法可用于开发改进的化学和物理过程，影响化学工程、电气、机械、材料科学和生物领域。”

这项研究是在 Battery500 联盟的领导下进行的，该联盟是国家实验室和学术界之间的一个合作项目，致力于开发更可靠、高性能的汽车电池，并由太平洋西北国家实验室领导，旨在帮助实现能源部设定的目标。

锂离子电池彻底改变了移动电子产品，推动了纳米电子学和可以轻松放入口袋的紧凑型设备的发展。尽管锂离子电池用于智能手机、手表、玩具、笔记本电脑、电动汽车和电网，但仍然面临许多问题，其中最重要的问题之一是其能量密度，它受到电池组件的限制。

据 Seminario 介绍，锂离子电池的工作原理是依靠两个重要的电极将锂离子转化为中性物质，并将其能量以化学能的形式储存起来。此外，它们将这些中性物质转化回离子，从而能够将其能量以电能的形式传输。

第一个电极是阳极(负极)，其中锂离子拥有最大能量。相反，第二个电极是阴极(正极)，其中锂离子的能量最低。这种固有的能级差异解释了为什么锂离子在放电过程中会自发地从阳极迁移到阴极，使电子能够在外部跟随，从而为它们想要供电的外部设备提供能量。

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